5 тенденций в области дискретных полупроводников: что нового и что дальше

Полупроводники — это неприметные герои мира технологий. Они работают за кулисами во всем, начиная от игрушек и смартфонов до автомобилей и термостатов. Они также позволяют реализовывать прорывные технологии, такие как искусственный интеллект и машинное обучение.

Но не все полупроводники созданы одинаково. Некоторые из них дискретные, то есть это отдельные устройства, выполняющие базовые электронные функции. Другие интегрированные, то есть они состоят из множества устройств на одном чипе, выполняющих сложные функции.

Базовые функции, которые выполняют дискретные полупроводники, включают выпрямление (диоды), усиление (транзисторы) и коммутацию (транзисторы и тиристоры). Дискретные полупроводники обычно имеют два или три вывода. Они могут показаться простыми, но они необходимы для многих приложений, требующих высокой производительности, низкого энергопотребления и большей функциональности. Они также предлагают больше гибкости и возможностей настройки, чем интегральные схемы (ИС).

Рынок дискретных полупроводников растет. Ожидается, что он будет расти с среднегодовым темпом роста (CAGR) 6,3% с 2021 по 2027 год, достигнув 37 миллиардов долларов к 2027 году. Рост рынка обусловлен увеличением спроса на дискретные полупроводники в промышленности, потребительской электронике, ИТ и телекоммуникациях, автомобильной промышленности и других областях.

Тенденции, формирующие будущее дискретных полупроводников В этой статье мы рассмотрим пять основных тенденций, которые формируют будущее дискретных полупроводников, и как инженеры-электронщики могут использовать их в своих разработках. Эти тенденции включают искусственный интеллект (ИИ), передовые материалы, передовую упаковку, новые архитектуры и Интернет вещей (IoT). Давайте погрузимся!

Искусственный интеллект

ИИ требует дискретных полупроводников, которые являются интеллектуальными, очень эффективными и способными обрабатывать огромные объемы данных и вычислений. Дискретные полупроводники достигают этого за счет использования передовых материалов и архитектур, которые обеспечивают более высокие скорости, меньшее энергопотребление и большую функциональность.

Например, умные датчики могут обрабатывать данные локально с использованием алгоритмов искусственного интеллекта и обмениваться данными с другими устройствами или облаком, в то время как устройства edge computing могут выполнять задачи ИИ на краю сети, не полагаясь на облако.

Передовые материалы

Передовые материалы, включая нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) и органическую электронику, обладают превосходными свойствами и характеристиками по сравнению с традиционными материалами (а именно, кремнием, германием и арсенидом галлия). Передовые материалы могут улучшить производительность и функциональность дискретных полупроводников, повысив эффективность, надежность, скорость и плотность мощности.

Например, компоненты из GaN и SiC могут выдерживать более высокие напряжения, температуры и частоты, чем кремний. Они уменьшают размер, вес и стоимость преобразователей мощности для таких приложений, как электромобили, возобновляемая энергия и центры обработки данных.

Органическая электроника может обеспечить гибкие, легкие и недорогие оптоэлектронные устройства, такие как органические светодиоды (OLED), органические солнечные элементы и органические лазеры. Они предлагают преимущества, такие как лучшее качество цвета, более широкие углы обзора и меньшее энергопотребление по сравнению с традиционными оптоэлектронными устройствами.

Новые архитектуры

Новые архитектуры — это новые способы проектирования и интеграции дискретных полупроводников, которые предлагают более высокую функциональность и производительность, чем традиционные архитектуры. К этим архитектурам относятся трехмерная (3D) интеграция, чиплеты и монолитные микроволновые интегральные схемы (MMIC). Эти архитектуры могут снизить стоимость, размер и сложность дискретных полупроводников для различных приложений.

3D интеграция — это техника, которая позволяет вертикально стыковать несколько чипов с использованием сквозных кремниевых переходов (TSV) или других соединений. Эта техника может увеличить плотность, скорость и функциональность дискретных полупроводников для приложений высокопроизводительных вычислений (HPC), таких как искусственный интеллект и машинное обучение.

Чиплеты — это маленькие чипы, которые могут быть объединены на подложке или интерпозере для формирования большего чипа. Эта техника позволяет модульное проектирование и настройку дискретных полупроводников для приложений 5G/6G. Чиплеты могут интегрировать различные РЧ функции (такие как усилители, фильтры, переключатели и антенны), а также различные цифровые функции (такие как процессоры, память и интерфейсы) на одном чиплете.

ММИС - это интегральные схемы, работающие на микроволновых частотах. Они изготавливаются с использованием соединений полупроводников, таких как арсенид галлия или нитрид галлия. Они обеспечивают более высокую производительность и надежность для аэрокосмических приложений, таких как радары, навигация, связь и электронное вооружение.

Изучите более 250 000 дискретных полупроводников на Octopart.com

Передовые методы упаковки

Передовые методы упаковки включают использование новых методов и материалов для инкапсуляции и соединения дискретных полупроводников. К таким методам относятся упаковка на уровне кристалла с разворотом вентилятора (FOWLP), встроенная упаковка на уровне кристалла с шариковым решетчатым массивом (eWLB) и сквозное соединение через кремний (TSV). Эти техники могут обеспечить более эффективные и надежные дискретные полупроводники, которые могут преодолеть ограничения традиционных методов упаковки.

FOWLP встраивает дискретные полупроводники в формовочный состав и соединяет их с перераспределительным слоем (RDL) на уровне кристалла. Эта техника позволяет создавать более компактные и интегрированные дискретные полупроводники для автомобильных приложений, таких как системы помощи водителю (ADAS), информационно-развлекательные системы и силовые агрегаты.

eWLB встраивает дискретные полупроводники в переконфигурированный кристалл и соединяет их с RDL на уровне кристалла. Эта техника улучшает тепловое управление, электрические характеристики и механическую прочность за счет лучшего рассеивания тепла, снижения паразитных эффектов и повышения надежности. eWLB позволяет создавать более гибкие и надежные дискретные полупроводники для медицинских приложений, таких как имплантируемые устройства, биосенсоры и носимые устройства.

TSV - это техника, которая создает вертикальные электрические соединения через кремниевый кристалл или чип. Позволяя осуществлять 3D-стопку памяти и логических чипов, TSV может увеличить пропускную способность и скорость дискретных полупроводников. Это позволяет получать более плотные, высокопроизводительные дискретные полупроводники для промышленных приложений, таких как робототехника, автоматизация и машинное зрение.

Интернет вещей

Дискретные компоненты, используемые для IoT, должны быть маленькими, энергоэффективными и способными общаться с различными технологиями и протоколами, что представляет уникальные вызовы. Дискретные полупроводники отвечают этим вызовам высокой производительностью, низкой стоимостью, высокой надежностью компонентов с разнообразной функциональностью. Например, диоды обеспечивают защиту от скачков напряжения и переходных процессов, транзисторы выступают в качестве переключателей и усилителей для управления и регулирования мощности, тиристоры обеспечивают защиту от перегрузки по току, а светодиоды предоставляют визуальную обратную связь.

Оставайтесь на шаг впереди

Предлагая больше гибкости и возможностей настройки, чем интегральные схемы, дискретные полупроводники позволяют реализовывать прорывные технологии. Чтобы оставаться на шаг впереди, инженерам-электронщикам и конструкторам необходимо быть в курсе последних разработок и инноваций в области дизайна и производства дискретных полупроводников. Также им необходимо использовать преимущества новых материалов, архитектур и техник упаковки для оптимизации своих решений на основе дискретных полупроводников для различных случаев использования и рынков.